深海布放缆不同材料属性下应力波自由传播频率特性影响研究

在频域对深海布放缆系统内应力波自由传播特性进行了分析。在布放缆数学建模时使用了哈密顿原理,并在建模时考虑布放缆的曲率。计算过程中保留了缆绳曲率与其弧长坐标之间的非线性关系,并最后得到了其上传播的应力纵波与应力横波的特性。通过计算得到布放缆属性和缆绳内竖直张力等参数对缆绳内自由传播频率特性的影响曲线。结果表明,这些因素对自由传播应力波的频率关系、色散关系、相速度与群速度影响显著。对于应力纵波,整个频域可被两个截止频率与一个行波截止频率分成四个区域。除了通频带之外,在低频时亦存在抑止带和行波抑止带。应力纵波仅能在通频带中以行波形式传播,而应力横波则可以在所有频率范围内以行波形式传播。

深海采矿车布放回收中脐带缆轴向张力响应特性研究

在深海采矿车布放回收中,准确预报脐带缆在底部自由悬垂边界条件和顶部波浪载荷随机激励等共同影响下的动力响应是关键点之一。基于三维势流理论与集中质量法,结合水面支持船运动和海流联合激励,对深海布放回收中脐带缆的顶端张力等力学特性进行研究。结果表明:在布放回收过程中,轴向张力在结构载荷中占主要成分;由波浪引起的轴向张力极值与均值差距最大可达到54%;轴向张力的频谱存在双谱峰,分别为0.14 Hz的主峰和0.10 Hz的次峰;当浪向角为180°时,轴向张力处于峰谷。

基于集中质量法的采矿车脐带缆布放回收中顶端张力特性研究

深海集矿系统中的脐带缆具有复杂的外部激励以及边界条件,深海采矿车的布放回收的安全性与脐带缆的顶端轴向张力响应息息相关,以及脐带缆的力学特性事关深海集矿系统的结构安全以及在位作业的可靠性。准确预报脐带缆的顶端轴向张力响应对深海集矿系统具有重要意义。运用三维势流理论对水面支持船和水下重载装备进行分析,获取与布放回收过程相关的参数;运用集中质量法对脐带缆进行简化建模,选择合适的单元长度,输入相关参数。将三者的相关参数输入仿真软件进行模拟仿真。首先,研究布放回收深度与张力的关系,确定布放回收深度的关注点为最大深度。其次,研究在不同组合的海况环境下脐带缆的顶端轴向张力响应。分析结果表明:在采矿车深海布放回收中;随着有义波高的增加,脐带缆张力也会增加,当波高超过某个值时,增加速度也会发生变化;随着谱峰周期的增加,脐带缆张力先增后减;180°浪向角的脐带缆张力小于相同环境条件下其他角度的脐带缆张力。因此,选择合适的作业工况对降低脐带缆张力,加强安全性能有很大帮助。